特表 2024-518288 半導体膜の応力－歪み工学

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-05-01

(54)【発明の名称】半導体膜の応力－歪み工学

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/265 20060101AFI20240423BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20240423BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20240423BHJP

   H01L 27/12 20060101ALI20240423BHJP

【ＦＩ】

H01L21/265 Q

H01J37/317 Z

H01L21/265 601Q

H01L29/78 301B

H01L27/12 P

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2023563973

(86)(22)【出願日】2022-04-19

(85)【翻訳文提出日】2023-12-14

(86)【国際出願番号】 GB2022050981

(87)【国際公開番号】W WO2022223962

(87)【国際公開日】2022-10-27

(31)【優先権主張番号】2105585.0

(32)【優先日】2021-04-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】595042184

【氏名又は名称】ユニバーシティ オブ サリー

(74)【代理人】

【識別番号】110000671

【氏名又は名称】ＩＢＣ一番町弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】クロウス，スティーブン

(72)【発明者】

【氏名】コックス，デヴィッド

(72)【発明者】

【氏名】マステギン，マテウス

(72)【発明者】

【氏名】スウィーニー，スティーブン

【テーマコード（参考）】

5C101

5F140

【Ｆターム（参考）】

5C101AA25

5C101DD33

5C101EE44

5C101FF02

5F140AC28

5F140BA03

5F140BA05

5F140BA12

(57)【要約】

半導体膜を備え、半導体膜が少なくとも１つのアモルファス化領域と活性領域とを有し、少なくとも１つのアモルファス化領域が活性領域に歪みを及ぼすように少なくとも１つのアモルファス化領域が活性領域に隣接している、半導体構造、並びに、イオン注入によって結晶性半導体膜に歪みを導入する方法。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体膜を備え、前記半導体膜が少なくとも１つのアモルファス化領域と活性領域とを有し、前記少なくとも１つのアモルファス化領域が前記活性領域に歪みを及ぼすように前記少なくとも１つのアモルファス化領域が前記活性領域に隣接している、
半導体構造。

【請求項2】

前記半導体膜が表面層及び表面下層を備え、前記表面層が前記活性領域と前記少なくとも１つのアモルファス化領域とを備え、前記表面下層が結晶性である、請求項１に記載の半導体構造。

【請求項3】

前記表面層の厚さが前記半導体膜の厚さの４０～６０％である、請求項２に記載の半導体構造。

【請求項4】

前記活性領域が第１のアモルファス化領域を取り囲む、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体構造。

【請求項5】

前記第１のアモルファス化領域が円形又は細長い形状を有する、請求項４に記載の半導体構造。

【請求項6】

前記少なくとも１つのアモルファス化領域が第１の活性領域を取り囲む、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体構造。

【請求項7】

前記少なくとも１つのアモルファス化領域が環を備え、前記第１の活性領域が前記環の中心に位置される、請求項６に記載の半導体構造。

【請求項8】

前記活性領域が細長い形状を有する、請求項６又は７に記載の半導体構造。

【請求項9】

前記細長い形状は、１５０：１～２：１、１００：１～３：１、又は７５：１～４：１のアスペクト比を規定する、請求項８に記載の半導体構造。

【請求項10】

前記アモルファス化領域の最大幅と前記第１の活性領域の最大幅との間の比は、１：５０～２００：１、１：２５～１００：１、１：１０～７５：１、１：５～５０：１、１：１～４０：１、２：１～３０：１、又は５：１～２０：１である、請求項６から９のいずれか一項に記載の半導体構造。

【請求項11】

前記半導体膜が複数の活性領域を有する、請求項１から１０のいずれか一項に記載の半導体構造。

【請求項12】

前記活性領域が結晶構造を画定する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体構造。

【請求項13】

前記結晶構造は、前記結晶構造の前記活性領域の表面内において異方性を示すように配向される、請求項１２に記載の半導体構造。

【請求項14】

前記半導体膜は、ＩＶ族元素、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体、又はＩＶ族合金を含む又はこれらから成る、請求項１から１３のいずれか一項に記載の半導体構造。

【請求項15】

前記半導体膜は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ドープシリコン又はドープゲルマニウムを含む又はこれらから成る、請求項１４に記載の半導体構造。

【請求項16】

請求項１から１５のいずれか一項に記載の半導体構造を備える半導体デバイス、光増幅器、又は光電子デバイス。

【請求項17】

結晶性半導体膜に歪みを導入する方法であって、
結晶性半導体膜を設けるステップと、
前記半導体膜の表面上に少なくとも１つの注入領域と前記少なくとも１つの注入領域に隣接する活性領域とを画定するステップと、
前記半導体膜が前記少なくとも１つの注入領域内でアモルファス化して前記活性領域内に歪みを引き起こすように、前記半導体膜の前記少なくとも１つの注入領域内にイオンを注入するステップと、
を含む方法。

【請求項18】

イオンを注入する前記ステップは、希ガスイオンを注入するステップを含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

イオンを注入する前記ステップは、キセノンイオンを注入するステップを含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

結晶性半導体膜を設ける前記ステップは、単結晶膜を設けるステップを含む、請求項１７から１９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項21】

前記方法は、前記半導体膜の厚さの４０～６０％の深さまで前記少なくとも１つの注入領域にイオンを注入するステップを含む、請求項１７から２０のいずれか一項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体膜、及び半導体膜を製造して歪ませる方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイス工学には歪みの多くの利点がある。歪みシリコンデバイスは、既存の産業プロセスに適合するＩＩＩ－Ｖ高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の代替物を提供する。１％引張歪み下のＳｉ ｎＭＯＳＦＥＴの移動度は、０．５８４％歪み下のＳｉ薄膜トランジスタにおいて最大１５％、更には最大４０％増大される^１，２。これらの利点は、シリコンが６倍（Δ６）の伝導帯縮退を有し、歪みの下で、これが２倍（Δ２）及び４倍（Δ４）のセットに分割され、歪みの量に依存するエネルギーギャップをΔ２とΔ４との間に伴うために生じる^３，４。分割Δ６は、移動度を増大させてノイズ及び加熱効果を減少させるｎ型における電子散乱の減少を引き起こす^４。また、歪みが価電子帯の軽い正孔（ＬＨ）及び重い正孔（ＨＨ）も分割し、それにより、ｐ型の散乱が更に低減される^３。重い正孔バンド及び軽い正孔バンドの縮退の分割は、ＩＩＩ－Ｖ系半導体レーザの効率を高める。また、歪みは、間接バンドギャップ半導体を直接ギャップに変化させ、発光確率及び利得を制御することもできる。現在の殆ど全ての光電子エミッタ（例えば、レーザ、ＬＥＤ）は、高い光学効率をもたらすそれらの直接バンドギャップに起因して化合物半導体（一般に、ＩＩＩ－Ｖ系）に基づいている。しかしながら、これらは、シリコンベースの電子デバイスよりも製造コストが著しく高い。したがって、シリコンは光エミッタには好ましいが、間接バンドギャップによって根本的に妨げられる。それらが実現され得る場合、シリコン互換性のある直接バンドギャップ半導体は、相補型金属酸化物半導体（ＣＭＯＳ）の駆動電子機器との適合性に起因して、オプトエレクトロニクス／フォトニックデバイスの利用に段階的変化をもたらす^５。したがって、歪みシリコン及びゲルマニウムを製造する改善された方法が必要とされている。本発明は、この分野における発明者らの研究から生じる。

【発明の概要】

【0003】

本発明の第１の態様によれば、半導体膜を備え、半導体膜が少なくとも１つのアモルファス化領域と活性領域とを有し、少なくとも１つのアモルファス化領域が活性領域に歪みを及ぼすように少なくとも１つのアモルファス化領域が活性領域に隣接している、半導体構造が提供される。

【0004】

半導体膜は、少なくとも１ｎｍ、少なくとも５ｎｍ又は少なくとも１０ｎｍ、より好ましくは少なくとも１５ｎｍ、少なくとも２０ｎｍ又は少なくとも２５ｎｍ、最も好ましくは少なくとも３０ｎｍの厚さを規定することができる。半導体膜は、１００μｍ未満、１０μｍ未満又は１μｍ未満、より好ましくは１００ｎｍ未満、７０ｎｍ未満又は５０ｎｍ未満、最も好ましくは４０ｎｍ未満の厚さを規定することができる。半導体膜は、１ｎｍ～１００μｍ、５ｎｍ～１０μｍ又は１０ｎｍ～１μｍ、より好ましくは１５ｎｍ～１００ｎｍ、２０ｎｍ～７０ｎｍ又は２５ｎｍ～５０ｎｍ、最も好ましくは３０ｎｍ～４０ｎｍの厚さを規定することができる。

【0005】

好ましくは、半導体膜は表面層及び表面下層を備え、表面層が活性領域と少なくとも１つのアモルファス化領域とを備え、表面下層が結晶性である。

【0006】

半導体膜は、少なくとも１０μｍ、より好ましくは少なくとも２５μｍ、少なくとも５０μｍ又は少なくとも７５μｍ、最も好ましくは少なくとも１００μｍの長さ及び／又は幅を有し得る。半導体膜は、２５０μｍ未満、より好ましくは２００μｍ未満、１７５μｍ未満又は１５０μｍ未満、最も好ましくは１２５μｍ未満の長さ及び／又は幅を有し得る。半導体膜は、１０～２５０μｍ、より好ましくは２５～２００μｍ、５０～１７５μｍ、又は７５～１５０μｍ、最も好ましくは１００～１２５μｍの長さ及び／又は幅を有することができる。

【0007】

半導体膜は、支持構造上又は支持構造内に配置されてもよい。半導体膜は支持構造に固定されてもよい。半導体膜は、より大きな半導体構造内に窓を画定することができる。より大きな半導体構造はウェハであってもよい。例えば、窓は、エッチングに起因して構造内に露出されていてもよい。エッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチング、プラズマエッチング又は反応性イオンエッチングであってもよい。

【0008】

好適には、半導体膜は、半導体膜がアモルファス化された二材料湾曲（バイマテリアルボウイング）を成す。

【0009】

表面層の厚さは、半導体膜の厚さの５～９５％、より好ましくは半導体膜の厚さの１０～９０％、２０～８０％又は３０～７０％、最も好ましくは半導体膜の厚さの４０～６０％又は４５～５５％であり得る。好ましい実施形態において、表面層の厚さは、半導体膜の厚さの約５０％である。

【0010】

一実施形態において、活性領域は第１のアモルファス化領域を取り囲む。したがって、第１のアモルファス化領域は、実質的に円形の形状を有してもよい。或いは、第１のアモルファス化領域は、細長い形状を有してもよい。

【0011】

半導体膜は、第２のアモルファス化領域を有してもよい。第２のアモルファス化領域は、活性領域を取り囲んでもよい。したがって、活性領域は、第１のアモルファス化領域と第２のアモルファス化領域との間に環を備える又は環を画定することができる。

【0012】

しかしながら、好ましい実施形態において、少なくとも１つのアモルファス化領域は、第１の活性領域を取り囲む。

【0013】

したがって、少なくとも１つのアモルファス化領域は、環を備える又は環を画定することができ、また、第１の活性領域は、環の中心に位置され得る。

【0014】

第１の活性領域は、実質的に円形の形状を有してもよい。或いは、第１の活性領域は、細長い形状を有してもよい。

【0015】

第１の活性領域が細長い形状を有する実施形態において、細長い形状は、１５０：１～２：１、１００：１～３：１、又は７５：１～４：１、より好ましくは５０：１～５：１、４０：１～６：１、又は３０：１～８：１、最も好ましくは２５：１～１０：１のアスペクト比を規定することができる。発明者らは、１２５μｍ：５μｍ、１００μｍ：５μｍ、及び５０μｍ：５μｍのアスペクト比を伴う細長い形状を有する半導体構造を製造したが、それらは全て同様の結果を生じるわけではない。本発明者らは、２５μｍ：５μｍのアスペクト比がより多くの歪みをもたらすが、中央領域で屈曲を引き起こす場合があることに留意している。また、本発明者らは、５０μｍよりも長い任意の長さ及び５μｍよりも小さい幅が高い一軸歪みをもたらすことにも留意する。

【0016】

アモルファス化領域の最大幅と第１の活性領域の最大幅との間の比は、少なくとも１：５０、より好ましくは少なくとも１：２５、少なくとも１：１０、少なくとも１：５、少なくとも１：１、少なくとも２：１又は少なくとも５：１、最も好ましくは少なくとも１０：１であってもよい。アモルファス化領域の最大幅と第１の活性領域の最大幅との間の比は、１：５０～２００：１、より好ましくは１：２５～１００：１、１：１０～７５：１、１：５～５０：１、１：１～４０：１、２：１～３０：１、又は５：１～２０：１、最も好ましくは１０：１～１５：１であってもよい。本発明者らは、大きな膜の中心にある小さな非曝露領域がより高い二軸歪みをもたらすことが分かった。

【0017】

活性領域は、１，０００μｍ未満、７５０μｍ未満、５００μｍ未満、２５０μｍ未満、２００μｍ未満、１５０μｍ未満、１００μｍ未満、７５μｍ未満、５０μｍ未満、４０μｍ未満、３０μｍ未満、２０μｍ未満、１０μｍ未満、又は５μｍ未満の最大幅を有することができる。活性領域は、少なくとも０．１μｍ、少なくとも０．５μｍ、少なくとも１μｍ、少なくとも１．５μｍ、少なくとも２μｍ、少なくとも２．５μｍ、少なくとも５μｍ、少なくとも１０μｍ、少なくとも２０μｍ、少なくとも３０μｍ、又は少なくとも４０μｍの最大幅を有し得る。活性領域は、０．１～１，０００μｍ、１～７５０μｍ、１．５～５００μｍ、又は２～２５０μｍの最大幅を有することができる。幾つかの実施形態において、活性領域は、２．５～２００μｍ、５～１５０μｍ、１０～１００μｍ、２０～７５μｍ、又は４０～５０μｍの最大幅を有し得る。別の実施形態において、活性領域は、０．１～３０μｍ、０．５～２０μｍ、１～１５μｍ、１．５～１０μｍ、２～７．５μｍ、又は２．５～５μｍの最大幅を有してもよい。

【0018】

半導体膜は、複数の活性領域を備えることができる。各活性領域は、円形又は細長い形状を有することができる。好ましくは、各活性領域は細長い形状を有する。半導体膜は、１つのアモルファス化領域を備えてもよい。１つのアモルファス化領域は、活性領域の全てを取り囲んで分離することができる。或いは、半導体膜は、複数のアモルファス化領域を備えてもよい。したがって、各アモルファス化領域は、対応する活性領域を取り囲むことができる。

【0019】

半導体科学において、周期表の族を議論するとき、従来の名称が使用される。本明細書中、ホウ素族（すなわち、ホウ素が第１の元素である族）をＩＩＩ族と称する。同様に、炭素族（すなわち、炭素が第１の元素である族）をＩＶ族、窒素族（すなわち、窒素が第１の元素である族）をＶ族、フッ素族（すなわち、フッ素が第１の元素である族）をＶＩＩ族と称する。或いは、これらの族は、１３族、１４族、１５族及び１７族と称されてもよい。

【0020】

半導体膜は、ＩＶ族元素、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体又はＩＶ族合金を含む又はこれらから成り得る。ＩＶ族元素は、シリコン又はゲルマニウムであってもよい。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体は、周期表のＩＩＩ族及びＶ族の元素を含む合金であってもよいことが理解され得る。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体の例としては、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＧａＢｉ、ＩｎＮ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＳｂ、ＩｎＢｉ、ＡｌＮ、ＡｌＡｓ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＡｌＢｉが挙げられる。ＩＶ族合金は、周期表のＩＶ族の元素を含む合金であってもよいことが理解され得る。ＩＶ族合金の例としては、ＳｉＧｅ、ＧｅＳｎ及びＳｉＧｅＳｎが挙げられる。

【0021】

半導体膜はヘテロ構造を備え得る。したがって、膜は、ＩＶ族元素、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体及び／又はＩＶ族合金の２つ以上の層を備えることができる。ヘテロ構造は量子井戸を含み得る。

【0022】

幾つかの実施形態では、半導体膜は、ＩＶ族元素又はＩＶ族合金を備える。したがって、半導体膜は、シリコン、ゲルマニウム又はシリコンゲルマニウムを備える又はこれらから成り得る。

【0023】

半導体膜は、ドーピング種を含んでもよい。半導体は、ｎドープ又はｐドープされてもよい。ドーピング種は、遷移金属及び／又はＩＩＩ族～ＶＩＩ族元素であり得る。遷移金属はエルビウムであってもよい。ＩＩＩ族～ＶＩＩ族元素は、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、リン、ビスマス、ゲルマニウム、ケイ素、アンチモン、ヒ素又はスズであってもよい。幾つかの実施形態において、ＩＩＩ族～ＶＩＩ族元素は、ホウ素、リン、アンチモン又はヒ素である。

【0024】

一実施形態において、ドーピング種は、２０ａｔ．％未満、１５ａｔ．％未満、１０ａｔ．％未満又は７．５ａｔ．％未満、最も好ましくは５ａｔ．％未満の濃度で存在してもよい。ドーピング種は、少なくとも０．１ａｔ．％、少なくとも０．５ａｔ．％、少なくとも１ａｔ．％、又は少なくとも２ａｔ．％、最も好ましくは少なくとも３ａｔ．％の濃度で存在してもよい。ドーピング種は、０．１～２０ａｔ．％、０．５～１５ａｔ．％、１～１０ａｔ．％、又は２～７．５ａｔ．％、最も好ましくは３～５ａｔ．％の濃度で存在してもよい。この実施形態において、ドーピング種は、好ましくはＩＶ族又はＶ族からのものであり、最も好ましくはスズである。

【0025】

別の実施形態において、ドーピング種は、１００部当たり１部未満、１，０００部当たり１部未満、５，０００部当たり１部未満、又は１００００部当たり１部未満のレベルで存在してもよい。ドーピング種は、１００００００部当たり少なくとも１部、５０００００部当たり少なくとも１部、１０００００部当たり少なくとも１部、又は５００００部当たり少なくとも１部のレベルで存在してもよい。ドーピング種は、１００部当たり１部～１００００００部当たり１部、１，０００部当たり１部～５０００００部当たり１部、５，０００部当たり１部～１０００００部当たり１部、又は１００００部当たり１部～５００００部当たり１部のレベルで存在してもよい。この実施形態では、ドーピング種が好ましくはＩＩＩ族～ＶＩＩ族元素である。

【0026】

したがって、表面層及び表面下層はいずれも、シリコン又はゲルマニウムを含む又はこれらから成り得る。同様に、活性領域及び少なくとも１つのアモルファス化領域はいずれも、シリコン又はゲルマニウムを含む又はこれらから成り得る。

【0027】

好ましくは、活性領域は結晶構造を画定する。幾つかの実施形態において、結晶構造は、結晶構造の活性領域の表面内において異方性が示されるように配向されてもよい。

【0028】

半導体がシリコンであり、活性領域が細長い形状を有する実施形態において、細長い形状の長い縁部は、（１００）ウェハにおいて［１１０］、［１００］又は［１２０］結晶方向と整列してもよい。細長い形状の長い縁部は、［１１０］方向に対して０～９０°の角度で、より好ましくは１０～８０°、２０～７０°、又は３０～６０°の角度で、最も好ましくは［１１０］方向に対して４０～５０°の角度で又は４５°の角度で整列されてもよい。異方性は、（１１０）Ｓｉウェハにおいても予想されるべきである。

【0029】

膜は、その中に共振空洞を備えることができる。共振空洞は、フォトニック結晶空洞であってもよく、又は１つ以上の分布ブラッグ反射器を備えてもよい。

【0030】

活性領域は、少なくとも０．０１％、少なくとも０．１％、少なくとも０．５％、少なくとも１％、少なくとも２％、少なくとも３％、少なくとも４％、少なくとも５％、少なくとも６％、少なくとも７％、又は少なくとも８％の歪みを有することができる。活性領域は、０．０１～５０％、０．１～４０％、０．５～３０％、１～２５％、２～２０％、３～１８％、４～１６％、５～１４％、６～１２％、７～１０％、又は８％～９％の歪みを有することができる。歪みは、活性領域の中心で測定され得る。歪みの大きさは、ラマンスペクトルのシフトに基づいて測定され得る。

【0031】

第２の態様によれば、第１の態様の半導体構造を備えるシリコンオンインシュレータ基板が提供される。

【0032】

第３の態様によれば、第１の態様の半導体構造を備える半導体デバイスが提供される。

【0033】

第４の態様によれば、第１の態様の半導体構造を備える光増幅器、光電子デバイス、光検出器、光エミッタ又はフォトニック集積回路が提供される。フォトニック集積回路は、同じ膜上に設けられた１つ以上の光検出器と１つ以上のエミッタの両方を備えてもよい。

【0034】

光増幅器がレーザであってもよい。

【0035】

光電子デバイスは、光電子エミッタであってもよい。光電子エミッタは、レーザダイオード又は発光ダイオードであってもよい。

【0036】

活性領域は、少なくとも０．５％、少なくとも１％、少なくとも２％、少なくとも３％、少なくとも４％、少なくとも５％、少なくとも６％、少なくとも７％、又は少なくとも８％の歪みを有することができる。活性領域は、０．５～５０％、１～２５％、２～２０％、３～１８％、４～１６％、５～１４％、６～１２％、７～１０％、又は８％～９％の歪みを有することができる。歪みは、活性領域の中心で測定され得る。歪みの大きさは、ラマンスペクトルのシフトに基づいて測定され得る。

【0037】

第５の態様によれば、結晶性半導体膜に歪みを導入する方法であって、
結晶性半導体膜を設けるステップと、
半導体膜の表面上に少なくとも１つの注入領域と少なくとも１つの注入領域に隣接する少なくとも活性領域とを画定するステップと、
半導体膜が少なくとも１つの注入領域内でアモルファス化して活性領域内に歪みを引き起こすように、半導体膜の少なくとも１つの注入領域内にイオンを注入するステップと、
を含む方法が提供される。

【0038】

イオンは活性領域に注入されないことが理解され得る。

【0039】

第５の態様の方法は、第１の態様の半導体膜を提供することが好ましい。

【0040】

イオンを注入すると、結晶性半導体膜がアモルファス化することが理解され得る。したがって、第５の態様の少なくとも１つの注入領域の形状及び位置は、第１の態様に関して規定されるように、少なくとも１つのアモルファス化領域の形状及び位置に対応することができる。同様に、第５の態様の少なくとも１つのアクティブエリアの形状及び位置は、第１の態様に関して規定された１つのアクティブエリアの形状に対応することができる。

【0041】

任意の適切なイオンを使用することができる。好ましくは、イオンは、少なくとも５、少なくとも１０、少なくとも２０、少なくとも３０、少なくとも４０、又は少なくとも５０の原子番号を有する。イオンは、ＩＩＩ族イオン、ＩＶ族イオン、Ｖ族イオン又は希ガスイオンであり得る。希ガスイオンは、ヘリウムイオン、ネオンイオン、アルゴンイオン、クリプトンイオン及びキセノンイオンを含むと理解され得る。ＩＩＩ族イオンはガリウムイオンであってもよい。ＩＶ族イオンは、シリコンイオン又はゲルマニウムイオンであってもよい。二重にイオン化された原子種を使用することができる。

【0042】

幾つかの実施形態において、使用されるイオンは、半導体膜を備える材料のイオンである。したがって、半導体膜がシリコンを含む又はシリコンから成る場合、シリコンイオンが使用され得る。同様に、半導体膜がゲルマニウムを含む又はゲルマニウムから成る場合、ゲルマニウムイオンが使用され得る。しかしながら、好ましい実施形態では、イオンが希ガスイオンである。好ましくは、イオンがキセノンイオンである。

【0043】

半導体膜は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ドープシリコン又はドープゲルマニウムを含む又はこれらから成り得る。半導体膜は、第１の態様に関連して規定される通りであってもよい。

【0044】

結晶性半導体膜を設けるステップは、好ましくは、単結晶シリコン膜を設けるステップを含む。

【0045】

方法は、半導体膜の厚さの５～９５％、より好ましくは半導体膜の厚さの１０～９０％、２０～８０％又は３０～７０％、最も好ましくは半導体膜の厚さの４０～６０％又は４５～５５％の深さまで少なくとも１つの注入領域にイオンを注入するステップを含むことができる。好ましい実施形態において、方法は、半導体膜の厚さの約５０％の深さまで少なくとも１つの注入領域にイオンを注入するステップを含む。

【0046】

イオンを注入するステップは、注入領域の表面をイオンビームに曝露するステップを含んでもよい。イオンビームのエネルギーは、使用されるイオン、使用される半導体、半導体層の厚さ、及び所望の注入深さを含む幾つかの変数に応じて変化し得ることが理解され得る。

【0047】

イオンを注入することは、電子ビーム又は光リソグラフィ及びブロードビームインプランターを使用することを含み得る。好適には、これは、方法がスケーラブルとなり得るようにする。

【0048】

幾つかの実施形態において、イオンビームは、少なくとも１ｋｅＶ、少なくとも５ｋｅＶ、又は少なくとも１０ｋｅＶ、より好ましくは少なくとも１５ｋｅＶ、少なくとも２０ｋｅＶ、又は少なくとも２５ｋｅＶのエネルギーを有し得る。イオンビームは、１ｋｅＶ～１，０００ｋｅＶ、５ｋｅＶ～５００ｋｅＶ、又は１０ｋｅＶ～１００ｋｅＶ、より好ましくは１５ｋｅＶ～５０ｋｅＶ、２０ｋｅＶ～４０ｋｅＶ、又は２５ｋｅＶ～３５ｋｅＶのエネルギーを有し得る。

【0049】

この方法は、半導体膜を設ける予備ステップを含むことができる。半導体膜を設けるステップは、より大きな半導体構造内の半導体膜を露出させるステップを含むことができる。より大きな半導体構造はウェハであってもよい。方法は、半導体膜を露出させるためにより大きな半導体構造の一部をエッチングするステップを含むことができる。エッチングは、ドライエッチング、ウェットエッチング、プラズマエッチング又は反応性イオンエッチングであってもよい。

【0050】

本方法は、膜内に共振空洞を生成するステップを含むことができる。共振空洞は、少なくとも１つの注入領域にイオンを注入する前に生成されてもよい。

【0051】

本明細書に記載の全ての特徴（添付の特許請求の範囲、要約、及び図面を含む）、及び／又はそのように開示された任意の方法もしくはプロセスのステップの全ては、そのような特徴及び／又はステップの少なくとも幾つかが相互に排他的である組み合わせを除いて、任意の組み合わせで上記の態様のいずれかと組み合わせることができる。

【0052】

本発明をより良く理解するために、及び本発明の実施形態をどのように実施することができるかを示すために、ここで、例として、添付の図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0053】

【図1】図１ａはシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハをバックエッチングすることによって生成された場合にシリコンナノ膜がどのように不規則であり得るかを示す走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像である。図１ｂは３．７５×１０^１４イオンｃｍ^－２のイオンフルエンスを伴う３０ｋｅＶのＸｅ^＋ビームに１００μｍの円の周りの２０μｍ幅の環（より明るい領域）を曝露した後のＳＴＥＭ画像である。イオンビーム曝露によって引き起こされる引張歪み後、中央のＳｉ領域は平坦になった。図１ｃは赤色正方形でマークされた図１ｂ）の中央領域で収集された回折パターンを示す。この回折パターンは、サンプル法線に関して異なる角度で電子ビームを揺動させる一方で、サンプルの下に位置された（膜厚を透過した）ダイオードで回折信号を収集することによって得られた。菊池パターンは、シリコン（００１）表面について予想されるものと類似しており、シリコン膜の歪み部分がその周囲をイオンビームに曝露した後も結晶性のままであることを示している。

【図2】異なるＸｅ^＋イオンビーム線量及びパターンに曝露されたＳｉ薄膜のＳＴＥＭ画像を提供する。特に、図２ａでは、平坦な大きな結晶Ｓｉ円の周りの領域が環状パターン曝露によってアモルファス化されている。曝露領域は、より暗い円の周りのより明るい領域である。曝露は、３．７５×１０^１４イオンｃｍ^２から成っていた。図２ａのＳＴＥＭ画像を撮影した後、（ｂ）２秒、（ｃ）４秒、（ｄ）６秒、（ｅ）８秒、及び（ｆ）９秒の間、１．８８×１０^１４イオンｃｍ^－２ｓ^－１の線量まで、残りの結晶Ｓｉ領域（その後、環になる）の内側でより小さい円を曝露した。曝露線量に比例する強度で径方向に生成される皺を見ることができ、すなわち、内側の円で線量を増大させることによって、その収縮が非曝露領域の縁部に大きな引張力を加えた。

【図3】図３ａは以下に報告される実験のために使用されるシリコン膜の概略図を示す。（ａ）の上部は、厚さ３５ｎｍの約１１０μｍ×１１０μｍの９個の窓を含む直径３ｍｍのウェハを示す。（ａ）の下部は、環状パターン曝露がどのように起こったか、すなわち、明るい青色領域がイオンビームに曝露され、小さな内側円が曝露されないままだったことを示す。図３ｂは内側の曝露されていない円（結晶領域）で得られた二軸歪みを、その直径を変えることによってどのように調整することができるかを示すプロットである。非曝露結晶に隣接するより大きな領域を曝露すると、歪みの値がより高くなり、これは、材料の湾曲と単純な幾何学的要因との両方によって得られる増幅効果の表示であることに留意されたい。

【図4】結果として得られた歪みに対するシリコン異方性の影響を試験するために実施された実験で使用されたスロットの概略図を提供する。外側部分は膜の曝露領域に対応し、内側部分は中央に残された結晶スロットを表す。全てのスロットは、５０μｍ×５μｍであるが、（ａ）［１００］方向、（ｂ）［１２０］方向、及び（ｃ）［１００］方向の３つの異なる向きに位置されている。［１１０］は窓フレーム側面と平行に方向付けられ、［１００］は縁部を横切って方向付けられ、すなわち、４５^０は［１１０］方向を向く。（ｃ）の挿入図は、＜１００＞における５０μｍ×５μｍの走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）画像を示す。この図の下部は、全ての向きについて、スロットの中心で収集されたラマンスペクトルを示す。計算された一軸歪み値は、グラフ内に表示される。

【図5】結果として得られた歪みに対するシリコン異方性の影響を試験するために実施された実験で使用されたスロットの概略図を示す。外側部分は膜の曝露領域に対応し、内側部分は中央に残された結晶スロットを表す。全てのスロットは、［１００］方向に沿って位置されるが、（ａ）５０μｍ×５μｍ、（ｂ）５０μｍ×１０μｍ、及び（ｃ）５０μｍ×２０μｍの異なる寸法を有する。この図の下部は、スロットの中心で収集されたラマンスペクトルを示す。計算された一軸歪み値がグラフ内に表示される。

【発明を実施するための形態】

【0054】

実施例
実施例１：座屈した膜における皺消滅
シリコン（Ｓｉ）膜は、通常、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハをウェットエッチングすることによって調製される。反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用して、上端（１００）シリコン層を３５ｎｍまで薄くした^６。最初のエッチングは、下端シリコン層を除去するための水酸化カリウム（ＫＯＨ）バックエッチングから成り、自然ストッパである二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）である。ＫＯＨによるシリコンの異方性ウェットエッチングは、縁部に沿った方向が［１１０］であって正方形の対角線が［１００］方向に整列される約１２０×１２０μｍ^２のシリコン膜窓をもたらした。ＳｉＯ_２層が曝露されると、フッ化水素酸（ＨＦ）エッチングが行われ、残りの上端Ｓｉ膜のみが残る。

【0055】

二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）層は、膨張シリコンが酸化中に受けた後、特に異なる熱膨張係数に起因して、Ｓｉ活性層を二軸方向に歪ませる^７－９。結晶構造は、両方のセルにおける原子間のロンドンの弱い相互作用によって維持される。しかしながら、自立型Ｓｉ膜を形成するためのシリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板のバックエッチング中に、歪まされたＳｉ原子がその平衡状態に再組織化し、この平衡状態は、ＳＴＥＭ（走査透過型電子顕微鏡法）が撮像されるときに座屈（初期状態の膜上に大きな皺として見える）を引き起こす（図１ａ）。この座屈は、ＴＥＭグリッドとしてのこれらの単結晶Ｓｉ膜の適用を妨げる。更に、皺のある膜は、リソグラフィ技術などの将来のデバイス処理を妨げる。

【0056】

直径１００μｍの円の周りの幅２０μｍの環（図１ｂのより明るい領域）を曝露させることによって、中央領域の平坦化を見ることができる（図１ｂ）。イオン曝露は、３．７５×１０^１４イオンｃｍ^２の線量での３０ｋｅＶ加速エネルギーの単荷電キセノンイオン（Ｘｅ^＋）を使用して行われ、このイオンフルエンスは、３０ｋｅＶのＸｅ^＋イオン曝露時のシリコン完全アモルファス化線量に等しい。

【0057】

図１ｃに示されるように、平坦化領域の中心の所与の点（図１ｂの赤色正方形）の周りで電子ビームを揺動させることによって、走査型電子回折パターンを得た。菊池線パターンは、Ｓｉ（１００）に対応し、中央領域を引張歪みした後、活性Ｓｉ結晶が結晶性のままであるが、ここでは長距離秩序を呈することを示す。

【0058】

図１に示されるような膜の平坦化（又は中央領域の皺消滅）は、イオンビーム曝露後のＳｉ収縮の結果である。単結晶が低線量イオンインプラントに曝されると密度が増大し、小さなポケット（空隙）が生成され、それ自体の中で崩壊する。しかしながら、３０ｋｅＶのＸｅ^＋注入中、シリコン中のイオン平均侵入深さは２１．０２ｎｍに等しく、これにより、１３．９８ｎｍの結晶層を下に有する上部非晶質層（表面層とも呼ばれる）（表面下層とも呼ばれる）が生成され、したがって注入領域がバイマテリアル化する。注入された領域は収縮するため、バイメタル熱電対ストリップと同様に、バイマテリアルの下方への湾曲（拘束されていなければ曲がる）を引き起こす。イオン注入のエネルギーは、平均侵入深さを変化させるように制御することができる。したがって、バイマテリアルボウイングによって導入される余分な歪みは、イオン注入エネルギーを変えることによって正確に制御することができる。最大のボーイング効果、したがって最大の歪みは、表面層と表面下層とが等しい厚さである場合に生じる。

【0059】

実施例２：座屈したＳｉ薄膜に張力をかける
図２に示される例は、異なる曝露パターンがシリコン薄膜にどのように異なる影響を及ぼし得るかを示している。結晶領域の周りの環を３．７５×１０^１４Ｘｅ^＋イオンｃｍ^２（図２ａ）の線量に曝露することにより、実施例１のように中央に皺のない結晶領域を作成することが可能である。しかしながら、大きな平坦な結晶領域の中心の別の円が曝露すると、新しく作成された結晶環に径方向に引張歪みが生じる（図２ｂ）。内側の円がイオンビーム（１．８８×１０^１４イオンｃｍ^－２ｓ^－１）に曝露される線量を増大させることにより、アモルファス化した最上層を更に圧縮するために、より大きな引張歪みが生成される。

【0060】

膜の曝露部分のこの湾曲は、非晶質であること以外に、かなりの曲率を有さず（拘束されている場合）、したがって、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用して容易に検出することができない。しかしながら、二重層構造によって引き起こされる湾曲は、薄い弾性フィルム上に配置された液滴からなどの皺の発現によって暗示され、液滴の下の膜の湾曲とそれに続く径方向の皺の出現をもたらす^{１０，１１}。同様に、膜窓の中心の円のイオンビーム曝露は、図２に見られるように、二重層形成から生じる湾曲に起因する径方向の皺を形成する。そうすることによって、皺を消滅させるだけでなく、曝露パターン及び線量に基づいて要求に応じてそれらを再パターン化することもできる。

【0061】

実施例３：二軸歪み工学
発明者らは、テンショナの面積（曝露領域）と鼓膜の面積（中心単結晶）との比を制御することによって生じる二軸歪みの程度を調査した。歪みの大きさは、ラマンスペクトルにおける５２１ｃｍ^－１ピーク（Ｔ_２ｇモード）のシフトから推定した。

【0062】

結果として生じるＴ_２ｇピークのラマンシフト、したがって応力に対する曝露比及び非曝露比の影響を、異なる環パターンを使用することによって調べた。これらのパターンは、イオン注入の前に作成された。環は、より大きな直径の円からより小さな直径の円を差し引いた２つの同心円から成り、その結果、より小さな円はイオンビームに曝露されなかった（図３ａに概略図を見ることができる）。

【0063】

サファイア基板上のシリコン膜を使用したラマンシフト対印加圧縮二軸応力の以前の実験は、応力（σ_ｘｘ＝σ_ｙｙ）とσ_ｘｘ＝σ_ｙｙ＝＝－２４９ＭＰａ＊Δω_ｓに等しいラマンシフト（Δω_ｓ）との間の関係を報告した。高線量酸素イオン注入によって形成された標準ＳＯＩ又はＳＯＩを用いた他の研究もほぼ同じ関係を示し、この場合、σ_ｘｘ＝σ_ｙｙ＝－２５０ＭＰａ＊Δω_ｓの関係を用いてラマンスペクトルから面内応力を求めた。本発明者らは、ゲルマニウムにおいて、変換が高応力で非線形であることが見出されたが、そのような非線形性はシリコンについて報告されていないことに留意する。本発明者らは、これらの線形変換を利用して、ここで使用される二軸引張応力を適用し、この二軸引張応力はピークをより低い周波数にシフトさせ（レッドシフト）、それにより、二軸引張では、歪み％（ε）とラマンシフト（Δω_ｓ）との間の関係が０．１２１ｃｍ＊Δω_ｓ ｃｍ^－１に等しくなる^{１２－２０}。

【0064】

鼓膜の直径（内円結晶領域）は、ｄ＝１００μｍからｄ＝５μｍまで変化させた。異なる環サイズの曝露で得られた二軸歪みは、図３ｂに見ることができる。膜窓の縁部サイズは１００～１２０μｍの範囲であり、したがって、曝露面積が大きくなると収縮／下向きの曲げが大きくなるため、報告される歪みはわずかに変化することに留意すべきである。本発明者らは、ｄが更に減少するとラマン顕微鏡の空間分解能を下回るため、この時点で内側円の直径を停止した。ｄの最高値では、張力はすでに平坦な鼓膜を提供するのに十分である。図３ｂから、歪みを小さい値から非常に高い二軸歪みまで滑らかに増大させることができることが明らかである。非曝露領域への曝露の増大に伴うこの歪みの増大は、それが湾曲したときのテンショナ縁部のより小さい分離の結果であり、したがって、一方の縁部がフレームによって拘束され、他方の縁部が鼓膜に取り付けられることによって、湾曲は、平坦であるときと比較して応力を増幅する。

【0065】

実施例４：一軸歪み工学
一軸歪みを調査するために、本発明者らは、高アスペクト比のスロット形状の鼓膜を製造した。そのような鼓膜の場合、中心の応力及び歪みは、長い縁部に垂直な一軸力によって支配され、他の成分は端部付近にのみ現れる。誘導歪みに対する結晶異方性の影響を調べるために、５０μｍ×５μｍの長方形のティンパナを、３つの異なるシリコン配向：［１１０］（０°のとき）、［１００］（４５°のとき）、及び２２．５°のときその間に整列させた。鼓膜の配向と［１１０］方向との間の角度が増大するにつれて、主ピークのより高いラマンレッドシフトが観察され（図４）、これはＦＷＨＭの増大を伴う。ラマンシフトは、［１１０］及び［１００］方向についてそれぞれ１．７％～８．５％の歪みに対応し、対応するＦＷＨＭは７．５ｃｍ^－１～２２．６ｃｍ^－１である。２２．５°の中間の鼓膜角は、２．６％の歪み及び９．７ｃｍ^－１のＦＷＨＭを示す。

【0066】

結晶領域に加えられる引張力は、シリコン膜窓の縁部とそれぞれのスロットとの間の長さに比例する。更に、剛性（変形に対する抵抗）はヤング率に比例する^２１。したがって、対角線が最長の長さであり、シリコン［１００］方向（１３０．２ＧＰａ）のヤング率が低いことを考慮すると、４５°に向けられたスロットの中心でより高い応力が予想される、すなわち、［１００］方向は曝露領域の曲げに対する抵抗がより少なく、したがって、４５°に向けられたスロットにより高い引張力を加える。一方、曝露距離は、スロットが０°にあるときに最小であり、［１１０］ヤング率は、この方向（１６８．９ＧＰａ）に最大値を有する^２２。更に、スロットが４５°に位置するとき、最も大きい力は、スロットのより大きい縁部に垂直な方向に加えられ、力がｓｉｎ（θ）の係数で減少するのを防ぐと考えることができる。

【0067】

実施例５：得られた応力に対するアスペクト比の影響
ラマンスペクトルに観測される主ピークの膜歪みへの幅の影響とＦＷＨＭへの欠陥量の影響に関するループを閉じるために、４５°（［１００］方向）に配向したアスペクト比の異なるスロットを含むサンプルを作製した。

【0068】

図５を検査することによって、図３の１０μｍ及び５μｍの円について観察されるように、５０μｍ×１０μｍと５０μｍ×５μｍのスロットとの間のかなりの飛躍に気づくことができる。Ｘｅ^＋イオンを直径２０μｍ、１０μｍ、及び５μｍの円の周りに注入した場合、５１８．６６°、５１５．４５°、及び５００．８５°のピークが得られた。一方、５０μｍ×２０μｍ、５０μｍ×１０μｍ、５０μｍ×５μｍのスロットでは、５１６．５０ｃｍ^－１、５１４．７０ｃｍ^－１、４９５．４０ｃｍ^－１にピークが見られた。これらの発見は、結晶領域幅によって果たされる主要な役割を示すだけでなく、スロット縁部に垂直かつ最低ヤング率の方向に平行に配向された最も強い力を得るためにシリコン異方性を探索すること（［１００］）が、シリコン主ピークのより大きなシフト、したがってより高い歪みをもたらすという考えを裏付けている。最後の記述を証明する明確な例は、５０μｍ×２０μｍのスロットが元の膜に関してより歪んでいると考えられるのに対して、２０μｍの円は緩和膜とみなされるという事実である（そのピークはバルクシリコンで予想される５２１ｃｍ^－１に近い）。

【0069】

５μｍの円（２２．６ｃｍ^－１対１７．９ｃｍ^－１）と比較して、５０μｍ×５μｍのスロットでより高いＦＷＨＭが得られたことも注目に値する。したがって、５μｍの円の内部に注入されたイオンを有する可能性が１２５×５μｍのスロットよりも高いことを考慮すると、本発明者らは、パターン縁部の周りの注入されたイオンのガウス分布の代わりに、ピークの広がりを結晶領域の結果として生じる歪みと相関させることができる。

【0070】

実施例６：ゲルマニウム膜へのイオン注入
本発明者らは、ゲルマニウム膜を調製し、それに実施例１に記載されたものと同様の方法でイオンを注入した。発明者らは、定性的には、得られた構造が注入されたシリコン膜と同じように挙動するように見えることに注目している。本発明者らは、一旦定性分析を行うと、これが初期の定性所見を裏付けていると予想している。

【0071】

Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ
１．Ｕｃｈｉｄａ，Ｋ．，Ｋｉｎｏｓｈｉｔａ，Ａ．＆Ｓａｉｔｏｈ，Ｍ．Ｃａｒｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｉｎ（１１０）ｎＭＯＳＦＥＴｓ：Ｓｕｂｂａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｎｏｎ－ｐａｒａｂｏｌｉｃｉｔｙ，ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄ ｕｎｉａｘｉａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．ｉｎ ２００６ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｍｅｅｔｉｎｇ １－３（ＩＥＥＥ，２００６）．
２．Ｌｅｅ，Ｗ．，Ｈｗａｎｇｂｏ，Ｙ．，Ｋｉｍ，Ｊ．－Ｈ．＆Ａｈｎ，Ｊ．－Ｈ．Ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｔｒａｉｎｅｄ Ｓｉ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ ｂｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｉｎｔｉｎｇ ｏｎ ｐｌａｓｔｉｃ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ．ＮＰＧ Ａｓｉａ Ｍａｔｅｒ．８，ｅ２５６（２０１６）．
３．Ｐａｕｌ，Ｄ．Ｊ．Ｓｉ／ＳｉＧｅ ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ：ｆｒｏｍ ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎｄ ｐｈｙｓｉｃｓ ｔｏ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ．Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１９，Ｒ７５（２００４）．
４．Ｗｈａｌｌ，Ｔ．Ｅ．＆Ｐａｒｋｅｒ，Ｅ．Ｈ．Ｃ．ＳｉＧｅ－ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ ＣＭＯＳ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ ３６７，２５０－２５９（２０００）．
５．Ｇｅｉｇｅｒ，Ｒ．ｅｔ ａｌ．Ｕｎｉａｘｉａｌｌｙ ｓｔｒｅｓｓｅｄ ｇｅｒｍａｎｉｕｍ ｗｉｔｈ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｄｉｒｅｃｔ ｂａｎｄ ｇａｐ．ａｒＸｉｖ Ｐｒｅｐｒ．ａｒＸｉｖ１６０３．０３４５４（２０１５）．
６．Ｊａｎｓｅｎ，Ｈ．，Ｇａｒｄｅｎｉｅｒｓ，Ｈ．，ｄｅ Ｂｏｅｒ，Ｍ．，Ｅｌｗｅｎｓｐｏｅｋ，Ｍ．＆Ｆｌｕｉｔｍａｎ，Ｊ．Ａ ｓｕｒｖｅｙ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｉｏｎ ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｉｎ ｍｉｃｒｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｊ．ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ６，１４（１９９６）．
７．Ｂｒｕｎｎｅｒ，Ｋ．，Ａｂｓｔｒｅｉｔｅｒ，Ｇ．，Ｋｏｌｂｅｓｅｎ，Ｂ．Ｏ．＆Ｍｅｕｌ，Ｈ．Ｗ．Ｓｔｒａｉｎ ａｔ Ｓｉ ＳｉＯ２ ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｂｙ Ｍｉｃｒｏｎ－Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ．Ａｐｐｌ．Ｓｕｒｆ．Ｓｃｉ．３９，１１６－１２６（１９８９）．
８．Ｊａｃｃｏｄｉｎｅ，Ｒ．Ｊ．＆Ｓｃｈｌｅｇｅｌ，Ｗ．Ａ．Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｔｒａｉｎｓ ａｔ Ｓｉ－ＳｉＯ２ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３７，２４２９－２４３４（１９６６）．
９．Ｔａｒａｓｃｈｉ，Ｇ．，Ｐｉｔｅｒａ，Ａ．Ｊ．＆Ｆｉｔｚｇｅｒａｌｄ，Ｅ．Ａ．Ｓｔｒａｉｎｅｄ Ｓｉ，ＳｉＧｅ，ａｎｄ Ｇｅ ｏｎ－ｉｎｓｕｌａｔｏｒ：ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｗａｆｅｒ ｂｏｎｄｉｎｇ ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｓｏｌｉｄ．Ｓｔａｔｅ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．４８，１２９７－１３０５（２００４）．
１０．Ｄａｖｉｄｏｖｉｔｃｈ，Ｂ．＆Ｖｅｌｌａ，Ｄ．Ｐａｒｔｉａｌ ｗｅｔｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｉｎ ｓｏｌｉｄ ｓｈｅｅｔｓ ｕｎｄｅｒ ｔｅｎｓｉｏｎ．Ｓｏｆｔ Ｍａｔｔｅｒ １４，４９１３－４９３４（２０１８）．
１１．Ｂｏｘ，Ｆ．ｅｔ ａｌ．Ｄｙｎａｍｉｃｓ ｏｆ ｗｒｉｎｋｌｉｎｇ ｉｎ ｕｌｔｒａｔｈｉｎ ｅｌａｓｔｉｃ ｓｈｅｅｔｓ．Ｐｒｏｃ．Ｎａｔｌ．Ａｃａｄ．Ｓｃｉ．１１６，２０８７５－２０８８０（２０１９）．
１２．Ｇａｎｅｓａｎ，Ｓ．，Ｍａｒａｄｕｄｉｎ，Ａ．Ａ．＆Ｏｉｔｍａａ，Ｊ．Ａ ｌａｔｔｉｃｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｍｏｒｐｈｉｃ ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ ｃｒｙｓｔａｌｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉａｍｏｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ａｎｎ．Ｐｈｙｓ．（Ｎ．Ｙ）．５６，５５６－５９４（１９７０）．
１３．Ａｎａｓｔａｓｓａｋｉｓ，Ｅ．，Ｃａｎｔａｒｅｒｏ，Ａ．＆Ｃａｒｄｏｎａ，Ｍ．Ｐｉｅｚｏ－Ｒａｍａｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ａｎｈａｒｍｏｎｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｎｄ ｄｉａｍｏｎｄ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ ４１，７５２９（１９９０）．
１４．Ａｎａｓｔａｓｓａｋｉｓ，Ｅ．，Ｐｉｎｃｚｕｋ，Ａ．，Ｂｕｒｓｔｅｉｎ，Ｅ．，Ｐｏｌｌａｋ，Ｆ．Ｈ．＆Ｃａｒｄｏｎａ，Ｍ．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓｔａｔｉｃ ｕｎｉａｘｉａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ．Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｍｍｕｎ．８８，１０５３－１０５８（１９９３）．
１５．Ｄｅ Ｗｏｌｆ，Ｉ．Ｍｉｃｒｏ－Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｌｏｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔｓ．Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．１１，１３９（１９９６）．
１６．Ｍａｃｉａ，Ｊ．ｅｔ ａｌ．Ｒａｍａｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ－ｏｎ－ｉｎｓｕｌａｔｏｒ ｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ｈｉｇｈ ｄｏｓｅ ｏｘｙｇｅｎ ｉｏｎ ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ：Ａｓ－ｉｍｐｌａｎｔｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８２，３７３０－３７３５（１９９７）．
１７．Ｗｏｌｆ，Ｉ．Ｄｅ．Ｓｔｒｅｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｉｎ Ｓｉ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ｄｅｖｉｃｅｓ ｕｓｉｎｇ Ｒａｍａｎ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ．Ｊ．Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ．３０，８７７－８８３（１９９９）．
１８．ｄｅ Ｗｏｌｆ，Ｉ．Ｆｉｎｄｉｎｇ ｔｈｅ Ｓｔｒｅｓｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｒａｍａｎ Ｓｈｉｆｔｓ：Ａ Ｃａｓｅ Ｓｔｕｄｙ．ｉｎ Ｒａｍａｎ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ ｉｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ １０４－１０６（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２０００）．
１９．Ｐｅｎｇ，Ｃ．－Ｙ．ｅｔ ａｌ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｒａｍａｎ ｓｈｉｆｔｓ ｏｆ ｓｔｒａｉｎｅｄ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｎｄ ｇｅｒｍａｎｉｕｍ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１０５，８３５３７（２００９）．
２０．Ｕｒｅｎａ，Ｆ．，Ｏｌｓｅｎ，Ｓ．Ｈ．＆Ｒａｓｋｉｎ，Ｊ．－Ｐ．Ｒａｍａｎ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｕｎｉａｘｉａｌ ｓｔｒａｉｎ ｉｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．１１４，１４４５０７（２０１３）．
２１．Ｂａｕｍｇａｒｔ，Ｆ．Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ－ａｎ ｕｎｋｎｏｗｎ ｗｏｒｌｄ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｃｉｅｎｃｅ？ Ｉｎｊ．Ｊ．Ｃａｒｅ Ｉｎｊ．３１，１４－２３（２０００）．
２２．Ｋｉｍ，Ｊ．，Ｃｈｏ，Ｄ．Ｄ．＆Ｍｕｌｌｅｒ，Ｒ．Ｓ．Ｗｈｙ ｉｓ（１１１）ｓｉｌｉｃｏｎ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｏｒ ＭＥＭＳ？ ｉｎ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ’ ０１ Ｅｕｒｏｓｅｎｓｏｒｓ ＸＶ ６６２－６６５（Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，２００１）．

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【手続補正書】

【提出日】2024-03-22

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体膜を備え、前記半導体膜が少なくとも１つのアモルファス化領域と活性領域とを
有し、前記少なくとも１つのアモルファス化領域が前記活性領域に歪みを及ぼすように前
記少なくとも１つのアモルファス化領域が前記活性領域に隣接し、
前記半導体膜は、表面層及び表面下層を備え、前記表面層が前記活性領域と前記少なく
とも１つのアモルファス化領域とを備え、前記表面下層が結晶性であり、
前記半導体膜は、前記半導体膜がアモルファス化された二材料湾曲を成す、半導体構造
。

【請求項2】

前記表面層の厚さが前記半導体膜の厚さの４０～６０％である、請求項１に記載の半導
体構造。

【請求項3】

前記活性領域が第１のアモルファス化領域を取り囲む、請求項１または２に記載の半導
体構造。

【請求項4】

前記第１のアモルファス化領域が円形又は細長い形状を有する、請求項３に記載の半導
体構造。

【請求項5】

前記少なくとも１つのアモルファス化領域が第１の活性領域を取り囲む、請求項１また
は２に記載の半導体構造。

【請求項6】

前記少なくとも１つのアモルファス化領域が環を備え、前記第１の活性領域が前記環の
中心に位置される、請求項５に記載の半導体構造。

【請求項7】

前記活性領域が細長い形状を有する、請求項５に記載の半導体構造。

【請求項8】

前記細長い形状は、１５０：１～２：１、１００：１～３：１、又は７５：１～４：１
のアスペクト比を規定する、請求項７に記載の半導体構造。

【請求項9】

前記アモルファス化領域の最大幅と前記第１の活性領域の最大幅との間の比は、１：５
０～２００：１、１：２５～１００：１、１：１０～７５：１、１：５～５０：１、１：
１～４０：１、２：１～３０：１、又は５：１～２０：１である、請求項５に記載の半導
体構造。

【請求項10】

前記半導体膜が複数の活性領域を有する、請求項１または２に記載の半導体構造。

【請求項11】

前記活性領域が結晶構造を画定する、請求項１または２に記載の半導体構造。

【請求項12】

前記結晶構造は、前記結晶構造の前記活性領域の表面内において異方性を示すように配
向される、請求項１１に記載の半導体構造。

【請求項13】

前記半導体膜は、ＩＶ族元素、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体、又はＩＶ族合金を含む又は
これらから成る、請求項１または２のいずれか一項に記載の半導体構造。

【請求項14】

前記半導体膜は、シリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ドープシリコン又
はドープゲルマニウムを含む又はこれらから成る、請求項１３に記載の半導体構造。

【請求項15】

請求項１または２に記載の半導体構造を備える半導体デバイス、光増幅器、又は光電子
デバイス。

【請求項16】

結晶性半導体膜に歪みを導入する方法であって、
結晶性半導体膜を設けるステップと、
前記半導体膜の表面上に少なくとも１つの注入領域と前記少なくとも１つの注入領域に
隣接する活性領域とを画定するステップと、
前記半導体膜が前記少なくとも１つの注入領域内でアモルファス化して前記半導体膜が
、前記半導体膜がアモルファス化された二材料湾曲を成し、前記活性領域内に歪みを引き
起こすように、前記半導体膜の前記少なくとも１つの注入領域内にイオンを注入するステ
ップと、
を含む方法。

【請求項17】

イオンを注入する前記ステップは、希ガスイオンを注入するステップを含む、請求項１
６に記載の方法。

【請求項18】

イオンを注入する前記ステップは、キセノンイオンを注入するステップを含む、請求項
１７に記載の方法。

【請求項19】

結晶性半導体膜を設ける前記ステップは、単結晶膜を設けるステップを含む、請求項１
６または１７に記載の方法。

【請求項20】

前記方法は、前記半導体膜の厚さの４０～６０％の深さまで前記少なくとも１つの注入
領域にイオンを注入するステップを含む、請求項１６または１７に記載の方法。

【国際調査報告】